作者：马金江
出版社：安徽美术出版社
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科学小博士的学问试读：
前言
科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的普及则是实现这一推动的必由之路。在新时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为科普教育提供了新的契机。抓住这个契机，大力普及科学知识，传播科学精神，提高科学素质，是全社会的重要课题。
科学教育则是提高广大群众素质的重要因素，是现代教育的核心，不仅能使读者获得生活和未来所需的知识与技能，更重要的是能使读者获得科学思想、科学精神、科学态度及科学方法的熏陶和培养。
科学教育，让读者树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界上的新现象，研究和掌握新规律。它既是创造性的，又在不懈追求真理，需要我们不断地为之努力奋斗。
在21世纪，高科技的不断发展，为科普教育提供了广阔的天地。纵观人类文明史的发展，科学技术的每一次重大突破，都会引起生产力的深刻变革和人类社会的巨大进步。日益渗透于经济发展和社会生活的各个领域，已成为推动现代社会发展的最活跃因素，并且是现代社会进步的决定性力量。发达国家经济的增长点、现代化的战争、通信传媒事业的日益发达，处处都体现着高科技的威力，同时也迅速地改变着人们的传统观念，使得人们对于科学知识充满了渴求。
对迅猛发展的高新科学技术知识的普及，不仅可以使广大读者了解当今科技发展的现状，而且可以使我们树立崇高的理想：学好科学知识，为人类文明做出自己应有的贡献。
为此，我们特别编辑了这套丛书《科学世界面面观》，包括《科学小博士的学问》《哈勃望远镜的全记录》《地球仪360°旋转》《气象卫星在线信息》《动物园的里里外外》《植物世界大全景》《自然学家的手记》《海洋世界的潜水员》《兵器档案全公开》《人体器官透视解说》，共10册。
本套丛书知识全面，内容精练，图文并茂，形象生动，通俗易懂，能够培养我们的科学兴趣和爱好，达到普及科学知识的目的，具有很强的可读性、启发性和知识性，是广大读者了解科技、增长知识、开阔视野、提高素质、启迪智慧的良好科普读物，也是各级图书馆珍藏的最佳版本。
最早的计算工具
古时候，人们没有发明数字，遇到要计算的时候，怎么办呢？
最初，人们用手指计数，遇到一个物体，就伸出一个手指，但是遇到一些大数目时，这种计算方法得多辛苦呀，而且还容易忘记。后来人们就发明了“结绳记事”的方法，遇到重大而次数发生频繁的事情的时候，就结大疙瘩。“结绳记事”虽然比用手指计数要先进一些，但不太方便。
后来，我国古代劳动人民创造了一种最早最广泛使用的计算工具，即算筹。“筹”是一种加工后的小棍子，有木制、竹制、骨制的，它可以按照一定的规则，灵活排布于地上和盘中。筹算时，一边计算一边不断地重新排布棍子。我国古代很早就有了正数和负数及分数的概念，它们用不同形状和颜色区别开来。
我国古代十进位制的算筹记数法在世界数学史上是一个伟大的创造。把它与世界其他古老民族的记数法作比较，其优越性是显而易见的。
古罗马的数字系统没有位值制，只有7个基本符号，要记大点的数目就相当困难。古美洲玛雅人虽然懂得位值制，但用的是二十进位，古巴比伦人用的是六十进位。
二十进位至少需要19个数码，六十进位则需要59个数码，这就使记数和运算变得十分复杂，远不如只用9个数码便可表示任意自然数的十进位制来得简捷方便。
我国古代数学之所以在计算方面取得许多卓越的成就，在一定程度上应该归功于这一符合十进位制的算筹记数法。马克思在他的《数学手稿》一书中称十进位记数法为“最妙的发明之一”，当然是一点也不过分。
算筹的发明就是在记数方法的历史发展中产生的。它最早出现在何时，现在已经无从查实，但在春秋战国时期算筹的使用已经非常普遍了。
按照我国古代的筹算规则，算筹记数的表示方法为：个位用纵式，十位用横式，百位再用纵式，千位再用横式，万位再用纵式……这样从右至左，纵横相间，以此类推，就可以用算筹表示出任意大的自然数了。
由于它位与位之间的纵横变换，而且每一位都有固定的摆法，所以既不会混淆，也不会错位。毫无疑问，这样一种算筹记数法和现代通行的十进位制记数法是完全一致的。
在线小知识直至今天，在欧、亚、非大陆的某些地方，仍然有一些牧人用在棍上刻痕的方法来计算他们的牲畜。秘鲁的印加族人古时每收进一捆庄稼，就在绳上打个结，用来记录收获的多少。
电子计算机与电脑
电子计算机是能够自动高速存储和加工的一种电子设备，它包括硬件和软件。硬件指计算机的一切电器设备，如运算器、控制器、存储器，输入、输出设备等计算机本身的物理机构；软件指为了运行、管理、维修和开发计算机所编制的各种程序及其文档。硬件与软件结合成为完整的计算机系统。
一般来说，电子计算机包括数字式、模拟式、数字模拟混合式三种，通常我们说的电子计算机就指数字式电子计算机。
正因为电子计算机有计算、记忆和逻辑判断的能力，它可以代替人脑的部分功能，或者说它是人脑功能的延伸，所以把电子计算机叫作电脑。
科学家们认为电子计算机在许多方面和人脑并不相同，但是人们出于习惯，还是用“电脑”来称呼它。
1985年，世界上第一台声控电脑诞生。电子计算机语言主要分为三类：机器语言、符号语言和高级语言。
计算机是由早期的电动计算器发展而来的。1946年，世界上出现了第一台电子数字计算机“ENIAC”，用于计算弹道，由美国宾夕法尼亚大学莫尔电气工程学院制造。ENIAC体积庞大，占地面积170多平方米，重量约30吨，消耗近150千瓦的电力。显然，这样的计算机成本很高，使用不便。
1956年，晶体管电子计算机诞生了，这是第二代电子计算机。只要几个大一点的柜子就可将它容下，运算速度也大大地提高了。
1959年出现的是第三代集成电路计算机。
最初的计算机是由约翰·冯·诺依曼发明的，那时电脑的计算能力相当于现在的计算器，足足有3间库房那么大。
电子计算机对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响，并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到目前社会的各个领域，已形成规模巨大的计算机产业，带动了全球范围的技术进步，由此引发了深刻的社会变革。
现在，计算机已遍及学校、企事业单位，进入寻常百姓家，成为信息社会中必不可少的工具。它是人类进入信息时代的重要标志之一。
在线小知识当今计算机系统的运算速度已达到每秒万亿次，使大量复杂的科学计算问题得以解决。例如：卫星轨道的计算、大型水坝的计算、24小时天气预报的计算等，过去人工计算需要几年，而现在用计算机只需几天甚至几分钟就可完成。
电脑与人脑
当今社会，电脑已得到了非常广泛的运用，它能绘画，能看会说，计算起来准确无误，不知疲倦而又速度极快，让人类望尘莫及，但它是否就能代替人脑呢？
实际上，电脑所拥有的本领不过是按人类所编制的程序照章办事而已，它归根到底只是人类所创造的一种信息处理工具，它只能部分代替人脑，不可能完全代替人脑。
现在有很多人在研究如何能使电脑自己编程序，如何借助于生物技术，使电脑有可能不再依靠电能，而从有机化合物中自行获得能源。只要科学家们钻研下去，具有生命智能的电脑并非没有出现的可能。
被誉为电脑、“人工头脑”的计算机，是因为它的结构与工作过程与人脑特别相似。它不但有非常强的计算能力，而且有不同凡响的分析能力，能干许多工作，有的甚至比人还强。比如用计算机打假，就是这方面的英雄。
1976年，英国的《泰晤士报》登出消息和广告，说发现了300年前莎士比亚未发表的作品，并将大量出版。莎士比亚是卓越的艺术大师，几百年来一直享有极高的声誉。《泰晤士报》是世界上享有盛誉的报纸。出版这样好的著作，谁还不买？于是莎士比亚的遗作，被抢购一空。出版商的钱包差点就要胀破了。
但不久后，出版商被控告，他们被指控伪造莎士比亚的作品牟取暴利。因为人们发现出版的书不是莎士比亚的作品。说起这次发现假作品，计算机功不可没。
原来，剑桥大学的两位教师，利用计算机分析了《莎士比亚全集》，查清了莎士比亚写作用语的特点。然后，又把这次所谓新发现的作品输入到了计算机中，进行对照、分析。
结果发现，新出的这些著作，不少地方和莎士比亚的作品风格迥异，根本不是莎士比亚所写的。由于计算机分析，这个大骗局于是被揭穿了。
计算机当打假“英雄”已经成为现实，它不仅在文学方面可以打假，在其他各行各业中，它也同样可以打假。
此外，用计算机可以模拟人脑的部分功能进行思维学习、推理、联想和决策，使计算机具有一定“思维能力”。
在线小知识最早提出电脑设想的是一个名叫查尔斯·巴贝奇的英国人，他的很多设想都未能实现。1946年，美国宾夕法尼亚大学两位年轻的工程师埃克特和莫克莱，用电子管制造出了第一台真正的电脑。
计算机当侦探
我们常常在电影或者电视节目中看到这样的情节：某个地方发生了一起案件，公安人员迅速赶赴现场，然后通过勘查犯罪现场，根据罪犯留下的蛛丝马迹，对破获案件便已心中有底了。但是计算机也能充当侦探的角色，你相信吗？
用电话监听，或利用其他方法获得罪犯的讲话，再把嫌疑人的讲话，用声谱仪进行音色分析，输入计算机中加以对比，就可以确定嫌疑分子和罪犯是不是一个人。
即使罪犯有意改变声调，也休想骗过这种声音鉴定系统。计算机可以帮助司法部门辨认被怀疑人与罪犯的字迹是不是一个人所写，帮助我们查出罪犯。
指纹破案早已广泛使用。因为人的指纹各不相同，只要找到罪犯的指纹，再与公安部门指纹库中的指纹相对照，很快就可以找出罪犯。现在已有很多国家的公安部门建立了强大的指纹图像自动识别的系统，用以侦查案件。
这种系统由阅读器、摄像机、计算机、显示器等组成。把通过各种途径找到的犯罪分子或是嫌疑分子的指纹，由摄像机拍摄下来，之后输入到计算机中。
阅读器对指纹进行扫描，找出指纹的特点，如指纹类型、指位、纹线的交点和终点、指纹涡的终止等。
计算机根据这些特点，与数据库中的档案指纹相对照，从中找出一些相似的指纹，供公安人员作最后的判断，就可找出犯罪分子或嫌疑犯了。
计算机每秒可检索几百几千个指纹，速度之快是人工所不能比拟的。这种指纹自动识别方法准确度很高，能很好地帮助警方破案。
只要有人的一滴血，计算机就可对其中的“脱氧核糖核酸”进行分析，从它的分子的放射形状中可获得一份“遗传指纹”的图像。每个人都具有一个独特的遗传指纹图像，相似的只占几亿分之一。因此用它来确定罪犯是相当可靠的。
在侦查破案中，只要获得犯罪分子的照片，即使在亿万人中，在一闪而过的情况下，计算机也能“过目不忘”，认出这个人。
总之，用计算机当侦探去破案，比人的效率要快许多，在它的帮助下，犯罪分子被抓获归案的可能就更大了。
在线小知识20世纪90年代初期，美国研制成会认人的计算机。只要经计算机过“目”，它便会把描述人面孔特征的几百个数据输入计算机中存储起来。计算机是神经网络计算机，只要由摄像机看到这个人，计算机立刻就能够认出他来。
计算机病毒的破坏力
所谓计算机病毒，其实就是一种能使计算机出现错误的程序，它能够以某种途径侵入计算机的存储介质里，存储介质包括软盘、硬盘、磁带、移动U盘和光盘等。
在这些存储设备中，软盘和移动U盘是使用最广泛的移动设备，也是病毒传染的主要途径之一，并在某种条件下开始对计算机资源进行破坏。同时，它本身还能复制，具有极强的传染性。
计算机病毒也有良性和恶性之分。良性的病毒不破坏系统和数据，只是大量占用系统时间，使机器无法正常工作。
良性病毒具有开玩笑的性质，它往往使你的机器突然发出一阵怪叫声，在冷不防中吓你一跳；或者在计算机的荧光屏上出现一些“不要慌”“跳舞吧”之类的废话；或者只是使计算机出现暂时的故障，过一会儿就会恢复正常。
恶性病毒与良性病毒截然不同，恶性病毒极具破坏力，严重时可以导致数以万计的计算机系统的资料在顷刻间丧失殆尽。
有的计算机病毒还有定时发作的特点。比如，“两只老虎”病毒只在每星期五发作，当病毒感染的程序在执行时，计算机每隔4分钟就唱一遍轻松的小曲儿，即《两只老虎》。
计算机病毒具有以下几个特点：
寄生性。计算机病毒寄生在其他程序之中，当执行这个程序时，病毒就起破坏作用，而在未启动这个程序之前，它是不易被人们发觉的。
传染性。计算机病毒不但本身具有破坏性，更有害的是具有传染性，一旦病毒被复制或产生变种，其速度之快令人难以预防。
潜伏性。有些病毒像定时炸弹一样，让它什么时间发作是预先设计好的。比如黑色星期五病毒，不到预定时间一点都觉察不出来，等到条件具备的时候一下子就爆炸开来，对系统进行破坏。
隐蔽性。计算机病毒具有很强的隐蔽性，有的可以通过病毒软件检查出来，有的根本就查不出来，有的时隐时现，变化无常，这类病毒处理起来通常很困难。
破坏性。计算机中毒后，可能会导致文件删除或受到不同程度的损坏。表现为：增、删、改、移。
在线小知识有人认为，最早制作计算机病毒的是巴基斯坦的一对自学成才的计算机工程师兄弟，他们制造的病毒被引入美国后，引起争相模仿，结果迅速蔓延开来。还有人认为，计算机病毒是由美国一些计算机“神童”弄出来的。
便携式电脑的优点
按电脑的外形来分，家用电脑分为台式和便携式两种。便携式电脑就是便于携带的电脑，也就是我们通常所说的笔记本电脑，或者叫作便携式笔记本电脑。它体积小、重量轻、功能全、一机多能。
移动办公的专业人员，如科学技术研究人员、工程设计和工矿企业的专业人员、市场营销人员、经常外出的经贸人员使用它非常方便。
便携式电脑自带电池式电源，显示器、主机、键盘合为一体，并具有台式电脑的各种配置，有的便携式电脑还直接带有打印机和传真功能。
新型便携式电脑还有大容量硬盘，模块化全内置，全面端口和双重鼠标器等优良性能。典型的便携式电脑从外表看像个小箱子，打开可进行各种计算机操作，好像一个笔记本，常叫它“笔记本电脑”。便携式电脑还有能在膝盖上操作的膝上型电脑，可在手掌上使用的掌上型电脑等种类。
在性能、功能和价格上，便携式笔记本电脑一直都是市场的焦点。多媒体技术将使电脑变得更为有趣、更吸引人。而在未来应用的范围中，多媒体电脑也肯定将扮演一个重要角色。
多媒体电脑的核心技术是声音和图像的数字化处理，它把电视机、录音录像机及通信功能结合在一起，实现了一机多能。
多媒体电脑可以自动播放CD唱片、编辑曲目、调整音乐的音质和音量；可以自行录制、编辑音乐和各种声音文件。
用多媒体电脑可执行多种播放程序，看电视节目，播放VCD、DVD影碟片，对影像可以复制、储存、移动。
多媒体电脑通过调制解调器和电话机相连接，这样就可以用电脑打电话、发传真，在各种网络世界里漫游和寻找信息，并可以收发电子邮件，建立电子信箱。
光盘驱动器、音箱、调制解调器、声卡、显卡和声、像编辑软件是多媒体电脑必备设置。
多媒体技术目前应用的主要领域是教育。利用多媒体技术，可以把各类课程制成多媒体课件光盘，它们是电脑辅助教育的好助手。利用多媒体技术，还能制作出声色俱佳的电子词典、电子百科全书。它们体积小，不仅提供文字说明，还配有相应的音乐、图片。它还具有灵活方便的查找方式，查找效率极高。
在线小知识1642年，法国著名数学家帕斯卡制成了第一台机械式计算机，但只能做加法计算。1818年，法国人托马斯设计了一种比较实用的手摇式计算机，并于1821年建厂投产生产了15台。
未来的电子书
电子图书，就是把图书“电子化”。利用光电技术能把浩瀚的典籍浓缩存储在一个直径为0.13米的激光磁盘里。一套900万个条目的百科全书储存在里面只占了磁盘总存储量的1/5空间，还有4/5的空间可以利用。这种用磁盘存储的图书就是电子图书。
电子图书能看还能听，有文字还有叙述和音乐，图书中的照片和插图是以动画的形式出现的。看电子图书给人以声文并茂的享受。
当我们走进电子化图书馆时，出现在眼前的是闪着亮点的电脑、条形码识别的自动借书系统、电脑输出微缩胶卷卡片柜和电子监测系统。
这里藏有大量的电子图书和各种电子出版物，读者只需按按键盘，显示器上就会迅速出现要查阅的内容。从外表看，未来电子书像现在的纸质书一样，它的奥妙或差异却在里面。
未来电子书的每一页上都设置了数百万个微小容器，每个微小密封的容器里装有微小粒子。
每个页码上微小容器的数目非常之多。一个“上”字可能就要设置1000个微小容器。容器的数目越多，字的清晰度就越高。如果每页尺寸一定，字体尺寸越小，那么小容器的数目就随之增加。
因未来电子书的文字是电子形式，所以它是可操纵的，可以随时更换新的内容、新的版面、新的字形、新的图像。
另外，如果读书人年纪大了，看不见小号字体，那么可以放大页面上的字体。如果读书人爱在书上作批语，可以随时缩小文字占的版面，增大页边空白处，这些写入的内容可以通过微型处理器存储起来。
当你购买的“未来电子书”，内含目录不止一本专著时，你还可以在读完一本专著后，通过电子记忆卡输入第二本书的内容。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]